Що за гібридний автомобільний двигун – принцип дії. Гібридний двигун: принцип роботи, особливості та переваги

Збільшення числа автотранспорту у світі та низка екологічних проблем, з якими зіткнулося людство останні кілька десятиліть, призвело до серйозних змін у сфері автомобільної промисловості.

Продиктовані вони, в першу чергу, екологічними нормами, що істотно посилилися, і збільшеною ціною палива, у зв'язку з чим автовиробники змушені шукати способи знизити кількість токсичних викидів і загальну витрату палива в автомобілях.

При цьому, незважаючи на появу електромобілів, розробок транспортних засобів з паливними елементами, єдиним дієвим способомна сьогодні виявилося створення машин з гібридними двигунами – найпростіший шлях «вписатися» в еконорми та запропонувати споживачеві зручний у використанні продукт.

Про те, що є ринок машин «гібридів» сьогодні, ми і постараємося розповісти в даному матеріалі, адже сьогодні багато потенційних покупців не уявляють, що означає гібридний автомобіль і які переваги пропонує.

Гібридні автомобілі – що це таке?

Принцип транспортного засобу, побудований на гібридній схемі, досить простий. В його основу покладено принцип звичайного бензогенератора, коли силовий агрегат транспортного засобу обертає генератор і заряджає тягову батарею.

Відео - як влаштований гібридний автомобіль:

У свою чергу, енергія батареї дозволяє автомобілю якийсь час рухатися виключно на електричній тязі з нульовою кількістю токсичних викидів. Після того, як енергія в батареях вичерпається, в роботу знову вмикається бензиновий мотор, який дозволяє продовжувати рух і заповнює заряд в акумуляторних батареях.

Треба сказати, що поряд із цією схемою існує й інша, що носить назву plug-in hybrid. У ній акумулятор заряджається не тільки від мотора, а й від звичайної побутової електромережі, а його ємності достатньо для поїздок на невеликі відстані (зазвичай близько 30-40 кілометрів). По факту це означає, що доїхати до роботи і назад ви можете, зовсім не використовуючи бензиновий двигун(і, відповідно, не витрачаючи палива).

Переваги машин із гібридним двигуном

Напевно багато хто поставить питання, а для чого взагалі «городити город» з акумуляторами, електромоторами, батареями і двигуном внутрішнього згоряння? Що дає гібридна схемасилової установки?

Перед тим, як відповісти на це питання, варто згадати, коли "традиційний" автомобіль витрачає найбільша кількістьпалива. Відомо, що максимальна витрата (і, відповідно, токсичність викидів) посідає етап розгону до крейсерської швидкості, а також у міському режимі руху при частих розгонах-гальмуваннях.

Відео - як можна покращити гібридний автомобіль:

Таким чином, електропривід у машинах з гібридною силовою установкою набуває чинності саме в цих режимах. При повністю зарядженій батареї "гібрид" починає рух на електротязі, а при досягненні певного швидкісного порогу (залежно від моделі він становить від 20 до 40 кілометрів на годину) в дію входить двигун внутрішнього згоряння.

При цьому найбільш широкий ряд «гібридів» від Toyota представлений безпосередньо в Японії та США. На внутрішньояпонському ринку машини продаються під маркою Toyota, а в Америці за традицією найбільш популярний Лексус (у Росії, треба сказати, найбільша частина гібридних авто також продається під цією торговою маркою).

Найбільш насиченим з погляду кількості гібридних авто від Toyota по праву варто вважати ринок Японії. На нього компанія виводить усі новітні моделі, на яких «обкатує» технології, які мають піти у серію на «глобальних» моделях.

Зокрема, флагманські моделі типу Toyota Avalon та інші вже сьогодні пропонують низку технічних новацій, пов'язаних із збільшенням надійності «гібридів», а також великим запасом ходу від одного заряду батареї.

Чому ми торкнулися цього питання на нашому порталі? І чому ми хочемо просвітити Вас у питаннях роботи гібридних двигунів? Все дуже просто і зрозуміло. Справа в тому, що багато сфер нашої життєдіяльності буквально пронизані взаємодією різноманітних технологій, які у своєму симбіозі породжують набагато більше. ефективні методи, гаджети та механізми. І звичайно ж не наважилися відставити вбік і двигуни для наших чотириколісних улюбленців. І ось саме про такі агрегати, їх позитивні і негативних сторонахПро те, як вони працюють ми і поговоримо в цій темі. А поки що зробимо невеликий екскурсв історію. Поїхали!

Трохи історії

Автомобілі з гібридними "серцями" - винахід далеко не новий, як може здатися на перший погляд. Першовідкривачем та втілювачем ідеї гібридного двигуна став єзуїтський священнослужитель на ім'я Фердинанд Вербіст.У 1665 році він почав працювати над планами створення простих чотириколісних візків, що працюють на паровій та кінній тязі. Але ж перші серійні моделіз гібридними двигунами побачили світ уже на рубежі 19-го та 20-го століть. Протягом десяти років, починаючи з 1887 року, французька Compagnie Parisienne des Voitures Electriquesвипустила серію та автомобілів з гібридними моторами. А 1900 року компанія General Electric створила гібридне автоіз чотирициліндровим бензиновим двигуном. Компанія Walker Vehicle Company of Chicago до 1940 випускала гібридні вантажні автомобілі.

Звичайно, на той час виробництво подібних автомобілів обмежувалося невеликими партіями та створенням різних прототипів. Однак у наш час гостра нестача нафтових ресурсів і постійно прогресуюча економічна криза спонукали автомобільних конструкторівта розробників повернутися до витоків та відновити випуск автомобілів з гібридними двигунами.

Як працює гібридний двигун – простими словами про нові технології

Ну а тепер саме час розібратися з тим, що за агрегат гібридний двигун і чому так завзято стали виробляти автомобілі з такими серцями? Гібридний двигунє системою двох пов'язаних між собою двигунів: бензинового та електричного. Два двигуни можуть працювати як у зв'язці, так і окремо, все залежить від того, який режим роботи використаний Наразі. Процесом перерозподілу «повноважень» управляє потужний комп'ютер, який у той чи інший момент вирішує який із двигунів має зараз працювати. Для пересування в заміському режимі всю роботу бере він паливний двигун, бо акумулятора на трасі вистачає ненадовго. Для пересування містом включається електродвигун.

Якщо ж автомобіль піддається великим навантаженнямабо йому доводиться часто і досить інтенсивно розганятися, то обидва двигуни працюють уже разом. Цікавим є той факт, що поки автомобіль рухається на паливному моторі, електричний у цей час заряджається. Автомобіль із гібридним двигуном викидає в атмосферу на 90% менше речовин, ніж звичні нам паливні мотори, і це незважаючи на те, що до його складу входить і бензиновий агрегаттеж. Також споживання бензину в місті можна звести до нуля, що, звичайно ж, не сказати про заміські поїздки.

Давайте розглянемо як автомобіль з гібридним двигуном рушає з місця. На самому початку руху та на малих швидкостях працюють лише акумулятор та електричний двигун. Енергія, що запасена в батареї, живить енергетичний центр, який далі розподіляє її по електромоторах, які вже й стартують автомобіль з місця безшумно і дуже плавно. Після того, як набрано максимальну для електродвигуна швидкість, підключається і бензиновий агрегат. Крутний момент на провідні колеса вже надходить від двох двигунів відразу. У процесі такої роботи двигун внутрішнього згоряння віддає частину виробленої енергії на генератор, який далі живить електродвигуни, розвантажуючи АКБ, надлишки енергії передаються на акумулятор, заповнюючи його, втрачений на початок руху, запас.

Якщо автомобіль рухається в нормальному режимі, то автоматично використовується ведучим передній привід, В інших випадках розподіл крутного моменту подається вже на дві осі. У режимі прискорення момент, що крутить, на колеса надходить в основному від двигуна внутрішнього згоряння, а якщо необхідно наростити динаміку, то в хід йдуть вже і електромотори, що доповнюють ДВС. Але ось більше цікавим моментомвсе ж таки є гальмування.Коли варто підключити гідравліку, а коли і рекуперативне гальмування, але перевага все ж таки віддається другому. Тобто, коли водій гібридного автомобіля натискає на педаль гальма, електродвигуни переходять генераторний робочий режим, створюючи тим самим гальмівний момент на колесах, при якому також виробляється електроенергія, яка живить акумулятор через розподільчий енергоцентр. У цьому й приховалася вся суть «родзинки» гібридного двигуна.

У звичній нам класиці енергія, що виділяється при гальмуванні витрачається в порожню, просто гублячись у просторі як тепло від гальмівних дисківта інших деталей. Використання гальмівної енергії дуже ефективне за умов міста, коли часте гальмування на світлофорах – звичайна справа. Система VDIM, яка є керуючою автомобільною динамікою, керує роботою всіх автомобільних систем активної безпеки, об'єднуючи в єдиний «організм».

Мабуть, першим вдалим екземпляром, оснащеним гібридним двигуном, випущеним у маси, став відомий вже нині "Prius"від компанії Toyota. Цей диво автомобіль витрачає лише трохи більше трьох літрів бензину на кожні сто кілометрів у міському режимі. Також японська компаніяпішла далі, випустивши свій гібридний люксовий кросовер Lexus RX400h. Але й вартість даного автоу середньому не більше 70 000 у.о. Зауважимо, що перше покоління Toyota Priusпоступалося автомобілям того ж класу з двигунами внутрішнього згоряння за швидкісними і потужними характеристиками, на відміну від Lexus RX400h, який спочатку складав хорошу конкуренцію у своєму класі.

Після Toyota лідируючі світові автомобільні концерни теж не залишили поза увагою використання гібридних двигунів, оскільки в цьому було побачено вирішення глобальної проблеми забруднення природного середовища та паливної економії. І так було оголошення про створення гібридної вантажної та транспортної технікивід компанії VolvoГрупа. За розрахунками випуск цієї продукції з часом скоротить споживання палива на цілих 35%.

Але при всьому найбільшому бажанні та розрахунках автомобільних концернів, автомобілі з гібридними двигунами поки що не розкуповують у всьому світі як гарячі пиріжки. Популярність гібридних автомобілів набирає обертів лише в Канаді та Штатах. Попит на гібриди серед американського населення виріс через різке подорожчання палива, яке нещадно палили раніше. Адже американський автопром завжди славився своїми «м'язами-карами» з неймовірно потужними моторамита величезним споживанням горючої рідини. Європейські автолюбителі до автомобілів з гібридними двигунами поставилися загалом нейтрально. Там заправляє досить екологічний і більш економічний ветеран, що заслужив довіру, - дизель.

Більшість автомобілів Європи заправляються дизелем, що не можна сказати про США. Більше того автомобілі з дизельними двигунаминабагато дешевше гібридних, до того ж простіше і надійніше у своїй конструкції. Адже всім відомий такий постулат: «що складніше сконструйовано систему, то менш її надійність». Саме цей фактор визначає кількість гібридних автомобілів на території нашої країни. Офіційно такі автомобілі до нас не постачають, а проблема СТО просто неминуча у разі поломки. Профільних СТО з ремонту гібридних двигунів немає в нашій країні. А самостійно такий апарат, думаємо, навряд чи хтось візьметься лагодити.

Пристрій гібридного двигуна – опис схеми

Отже, ми з Вами коротко розглянули, що таке гібридний двигун і чому його застосування не настільки поширене у світі, як того хотілося б. Тепер хотілося б «копнути» глибше та розглянути схему його будови. Адже їх існує три. Пропонуємо почати з найпростішої схеми, Що викликає у нас найменший інтерес - це послідовний гібридний двигун.

Послідовна схема гібридного двигуна

У цій схемі запуск автомобіля походить від електричного двигуна. Двигун внутрішнього згоряння знаходиться у зв'язці з генератором, що живить акумуляторну батарею. Гібридні автомобілі з послідовною схемою силового агрегату (Plug-inHybrid) часто випускаються з можливістю підключення до електричної мережі після закінчення поїздки. Наявність цієї функції передбачає використання акумуляторних батарей з великою енергоємністю, що суттєво скорочує витрати пального на використання двигуна внутрішнього згоряння, що скорочує кількість шкідливих викидіву атмосферу. До таких автомобілів можна віднести Chevrolet Volt та Opel Ampera. Їх також називають електромобілі з широким радіусом дії. Ці автомобілі можуть їхати лише живлячись від акумуляторної батареї зі швидкістю 60 км/год і використовуючи енергію генератора, що приводить в дію бензиновий двигун 500 кілометрів.

Паралельна схема гібридного автомобіля

При даній схемі паралельно підключені двигун внутрішнього згоряння та електродвигун встановлюються таким чином, що можуть працювати окремо один від одного, так і разом. Такий ефект досягається завдяки конструкції агрегату, в якій бензиновий двигун, електромотор та трансмісія з'єднані автоматично керованими муфтами. Автомобіль з такою схемою гібридного двигуна використовує електромотор невеликої потужності приблизно в 20 кВт. Його основним завданням є додавання потужності ДВЗпід час прискорення автомобіля.

У більшості подібних конструкцій електромотор встановлюється між двигуном внутрішнього згоряння таВін також виконує функції генератора і стартера. Найвідомішими представниками серед автомобілів із послідовною схемою гібридного двигуна є BMW Active Hybrid 7, Honda Insight, Volkswagen Touareg Hybrid, Honda Civic Hybrid. Ця схема з'явилася завдяки прояву ініціативи компанії Hondaз її системою Integrated Motor Assist – IMA. Роботу даної системи можна поділити на кілька характерних режимів:

- робота від електродвигуна;

Спільна робота електромотора та ДВС;

Робота від ДВЗ із паралельною зарядкою акумуляторної батареї за допомогою електромотора, який виконує функцію генератора;

Підживлення акумулятора під час рекуперативного гальмування.

Послідовно-паралельна схема гібриду

У цій схемі електродвигун та двигун внутрішнього згоряння зв'язуються за допомогою планетарного редуктора. Це дозволяє одночасно передавати потужність від кожного з моторів на провідні колеса у відсотковому співвідношенні від 0 до 100% від номінальної потужності. Послідовно-паралельна схема відрізняється від попередньої тим, що на першій встановлений генератор, який створює енергію для роботи електродвигуна.

Відомими представниками автомобілів з такою схемою гібридного двигуна є Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h. У даному сегменті «гібридного» ринку лідирує компанія Toyota зі своєю системою Hybrid Synergy Drive – HSD. Силовий агрегат системи Hybrid Synergy Drive представлений таким чином:

- ДВЗ зв'язується з планетарним редуктором;

Електродвигун, приєднаний до коронної шестерні планетарного редуктора;

Сонячна шестерня планетарного редуктора з'єднана з генератором.

Двигун внутрішнього згоряння працює в циклі Аткінсона, а значить на низьких оборотахвін виробляє малу міць, результатом чого є краща економіка палива і менша кількість вихлопних газів.

Авто з гібридним двигуном – плюси та мінуси

Позитивні сторони гібридних двигунів

1. Найважливішим плюсом автомобілів з гібридними двигунами є їхня економічність. Паливна витратау таких автомобілів на 25% менше, ніж у класичних машиніз двигуном внутрішнього згоряння. А в умовах нашої ситуації з цінами на бензин, що постійно підвищуються, це дуже важливий фактор.

2. Наступний не менш важливий пунктНаступний за важливістю пункт серед позитивних сторінгібридних двигунів – це екологічність. Гібридні автомобілі завдають набагато менше шкоди нашій екології, ніж класичні.Це досягається завдяки раціональнішому паливному витраті. А при повній зупинці автомобіля, ДВС припиняє працювати, передаючи кермо управління електричному мотору. Отже, під час зупинок гібридного автомобіля атмосфера не забруднюється викидами СО2.

3. Батареї гібридних двигунів заряджаються від бензинового двигуна, чого не можна сказати про електромобілі, що робить запас ходу паливного двигунанабагато більшим. І він може довше обходитися без дозаправки.

4. Сучасні гібридні автомобіліанітрохи не поступаються аналогічному класу традиційних за всіма основними характеристиками. Тож розвіємо цей міф, якому багато хто, швидше за все, вірить.

5. У міських умовах із частими зупинками гібридні автомобілі працюють як електромобілі.

6. Стоячи дома автомобіль з гібридним двигуном повністю безшумний, оскільки він працює лише з електродвигуні.

7. Заправка гібрида здійснюється бензином і так само, як і традиційного автомобіля.

Мінуси гібридних автомобілів

У світі немає нічого ідеального, а отже, і гібридні двигуни теж мають свої мінуси.

1. І основним мінусом є дорогий ремонт. Так як конструкція таких двигунів дуже складна, то і знайти фахівця, який займеться усуненням проблем, дуже складно. Цим пояснюється велика вартість обслуговування гібридів.

2. Акумулятори, встановлені на гібриди, піддаються саморозрядженню. Також вони не переносять різких перепадівтемператур. А термін служби їх дуже обмежений. Але досі поки не з'ясували те, який вплив на навколишнє середовищенадають акумулятори, через що утилізувати їх є проблемним завданням.

Очевидно, звичайно, що гібридні двигуни мають більше плюсів ніж мінусів, але в нашій країні вони поки що не прижилися. Перша причина цього – ціна. Вартість в Україні популярної Toyota Prius складає від 850 тисяч гривень. Адже він не тільки самий у своїй популярності, а й найдешевший. Також у Росії планувалося налагодити випуск гібрида під назвою "Е-мобіль", але проект був згорнутий. На сьогодні найбільш потужним автомобілемЗ гібридним двигуном є BMW ActiveHybrid X6.

Боротьба за екологію в наш час йде повним ходом і дуже завзято, у зв'язку з чим автолюбителів стимулюють придбання автомобілів з гібридними двигунами. Так, в Америці власникам таких автомобілів надаються певні пільги та безкоштовні місця на парковках. У нашій країні також плануються запроваджувати схожі закони, зокрема буде зменшено мито на імпорт автомобілів з гібридними двигунами. Бензинові двигуни потроху відходять на задній план, втрачаючи свої позиції.І гібридні двигуни – один із основних кроків, які робляться для цього. Але доки цінова категорія цих автомобілів залишається на тому ж рівні, попит на них буде малий.

Про ціни на авто з гібридними двигунами

Як і все нове, незвичайне та цікаве, автомобілі з гібридними двигунами відрізняються від своїх класичних побратимів більшою вартістю. Сьогодні гібридні автомобілі значно перевищують у вартості автомобілі з аналогічними характеристиками, але з бензиновими двигунами. Наприклад, гібридна Toyota Camryперевищує вартість свого бензинового побратима майже на 7 000 доларів. Вартість гібридної Honda Civic зросла на 4000 доларів порівняно зі своєю традиційною моделлю. Lexus GS 450h – це чудовий динамічний (від 0 до 100 всього за 5,9 секунд) автомобіль, який ще й набагато економічніший за аналогічні за потужністю седани з восьмициліндровими двигунами. Паливна витрата цього автомобіля приблизно 8 літрів на 100 кілометрів у змішаному циклі. Середня роздрібна ціна цього автомобіля в Україні в середньому становитиме близько 80 000 доларів.

На тему впровадження гібридних автомобілів, звичайно, можна міркувати довго і займати певні позиції і відстоювати свої точки зору, але ясно одне – майбутнє не за горами і незабаром цей стрибок буде здійснено. Зміни в автомобілебудуванні будуть грандіозні! І сподіваємося це буде те, що потрібне всім нам.

Як працює, розглянемо на прикладі Touareg, із гібридним силовим агрегатом.

Що означає поняття "техніка гібридного приводу"?

Термін «гібрид» бере свій початок від латинського слова hybrida, і означає щось схрещене або змішане. У техніці гібридом називають систему, в якій комбінуються одна з одною дві різних технологій. У зв'язку з концепціями приводу термін технологія гібридного приводу застосовується для позначення двох напрямків: бівалентний (або двопаливний) силовий агрегат гібридний силовий агрегат

В разі гібридної технологіїприводу йдеться про комбінацію з двох різних силових агрегатів, робота яких заснована на різних принципахдії. В даний час під технологією гібридного приводу мають на увазі комбінацію двигуна внутрішнього згоряння та електродвигунагенератора (електромашини). Ця електромашина може використовуватися як генератор для вироблення електричної енергії, тяговий електродвигун для руху автомобіля та стартер для запуску двигуна внутрішнього згоряння. Залежно від виконання основної конструкції розрізняють три види силового гібридного агрегату: т.зв. "Мікрогібридний" силовий агрегат, т.зв. «Середньогібридний» силовий агрегат, т.зв. "повногібридний" силовий агрегат.

"Мікрогібридний" силовий агрегат

У цій концепції приводу електричний компонент (стартер/генератор) служить виключно реалізації функції Стартстоп. Частину кінетичної енергії можна знову використовувати як електричну енергію (рекуперація). Привід лише від електричної тяги не передбачено. Параметри 12 вольтної АКБ зі скловолоконним наповнювачем адаптовані до частих запусків двигуна.

«Середньогібридний» привід

Електричний привід підтримує роботу двигуна внутрішнього згоряння. Рух автомобіля лише на електричній тязі неможливий. У «середньогібридного» приводу більшість кінетичної енергії при гальмуванні регенерується, і як електричної енергії накопичується у високовольтної батареї. Високовольтна батарея, а також електричні компоненти сконструйовані для більш високої електричної напруги і, таким чином, більше високої потужності. Завдяки підтримці електродвигунагенератора режим роботи теплового двигунаможе бути зміщений у область максимальної ефективності. Це позначається як усунення точки навантаження.

«Повногібридний» силовий агрегат

Потужний електродвигунгенератор комбінується з двигуном внутрішнього згоряння. Можливий рух лише на електричній тязі. Електродвигунгенератор, якщо дозволяють умови, підтримує роботу двигуна внутрішнього згоряння. Рух з малою швидкістюздійснюється лише на електричній тязі. Реалізовано функцію Стартстоп для двигуна внутрішнього згоряння. Рекуперація використовується для заряджання високовольтної батареї. Завдяки роздільному зчепленню між двигуном внутрішнього згоряння та електродвигуномгенератором можна забезпечити роз'єднання обох систем. Двигун внутрішнього згоряння підключається до роботи лише за необхідності.

Основи гібридної техніки

Системи повного гібридних силових агрегатів поділяються на три підгрупи: паралельний силовий гібридний агрегат, роздільний силовий агрегат (з розділеними потоками потужності), послідовний гібридний силовий агрегат.

Паралельний гібридний силовий агрегат

Паралельне виконання гібридного силового агрегату відрізняється простотою. Він використовується у разі, коли необхідно "гібридизувати" існуючий автомобіль. Двигун внутрішнього згоряння, електромоторгенератор та коробка передач розташовуються на одній осі. Зазвичай в системі паралельного силового гібридного агрегату використовується один електродвигун генератор. Сума одиничної потужності двигуна внутрішнього згоряння та потужності електродвигунагенератора відповідає повної потужності. Ця концепція забезпечує високий ступінь запозичення вузлів та деталей колишнього автомобіля. У повнопривідних автомобілів зі схемою паралельного гібридного силового агрегату привод всіх чотирьох коліс реалізований за допомогою диференціала Torsen і роздавальної коробки.

Роздільний гібридний привід

У системі роздільного гібридного приводу крім двигуна внутрішнього згоряння є електродвигунгенератор. Обидва двигуни розташовуються під капотом. Крутний момент двигуна внутрішнього згоряння, як і від електродвигунагенератора, через планетарну передачу подається на коробку передач автомобіля. На противагу паралельному гібридному приводу, зняти таким чином суму окремих потужностей для приводу коліс неможливо. Вироблена потужність частково витрачається на приведення автомобіля в рух, частково у вигляді електричної енергії накопичується у високовольтній батареї.

Послідовний гібридний силовий агрегат

Автомобіль обладнаний двигуном внутрішнього згоряння, генератором та електродвигуном генератором. Однак на відміну від обох описаних раніше концепцій, двигун внутрішнього згоряння не має можливості самостійно рухати валом, або через коробку передач. Потужність від двигуна внутрішнього згоряння на колеса не передається. Основний привід автомобіля здійснює електродвигун генератор. Якщо ємність високовольтної батареї надто низька, запускається двигун внутрішнього згоряння. Через генератор двигун внутрішнього згоряння заряджає високовольтну батарею. Електродвигунгенератор знову може отримувати енергію від високовольтної батареї.

Роздільний послідовний гібридний силовий агрегат

Роздільний послідовний гібридний силовий агрегат є змішаною формою двох описаних вище гібридних приводів. Автомобіль обладнаний одним двигуном внутрішнього згоряння та двома електродвигунами генераторами. Двигун внутрішнього згоряння та перший електродвигунгенератор розміщені під капотом. Другий електродвигунгенератор розташований на задньої осі. Ця концепція використовується для повнопривідних автомобілів. Двигун внутрішнього згоряння та перший електродвигунгенератор через планетарну передачу можуть наводити коробку передач автомобіля. І в цьому випадку діє правило, згідно з яким поодинокі потужності приводу не можуть відбиратися для приводу коліс у вигляді сумарної потужності. Другий електродвигун генератор на задній осі активується за потреби. У зв'язку з таким конструктивним виконанням приводу високовольтна батарея розташовується між обома осями автомобіля.

Інші терміни та визначення Тут будуть коротко роз'яснені інші терміни та визначення, які часто використовуються у зв'язку з технологією гібридного приводу.

Рекуперація. У загальному випадкуцей термін у техніці означає спосіб повернення енергії. При рекуперації наявна енергія одного виду перетворюється на інший, що використовується в подальшому вид енергії. Потенційна хімічна енергія палива перетворюється на трансмісії на кінетичну енергію. Якщо автомобіль загальмовується звичайним гальмом, то надмірна кінетична енергія за допомогою тертя гальм перетворюється на теплову енергію. Тепло, що виникає, розсіюється в навколишньому просторі, і тому використовувати його надалі неможливо.

Якщо ж навпаки, як при використанні технології гібридного приводу, додатково до класичних гальм генератор використовується як моторне гальмо, то частина кінетичної енергії перетворюється на електричну енергію, і таким чином стає доступною для подальшого використання. Енергетичний балансавтомобіля покращується. Цей вид регенеративного гальмування називають рекуперативним гальмом.

Як тільки в режимі примусового холостого ходу швидкість автомобіля знижується шляхом гальмування натисканням педалі гальма або автомобіль рухається накатом або автомобіль рухається під ухил істема гібридного приводу включає електродвигун - генератор і використовує його в режимі генератора.

І тут він заряджає високовольтну батарею. Таким чином у режимі примусового холостого
ходу з'являється можливість "заправляти" автомобілі з електричним гібридним приводом електроенергією.
При русі автомобіля накатом електродвигун генератор, що працює в режимі генератора,
перетворює з енергії руху на електричну енергію тільки таку кількість енергії, яка
потрібно для роботи 12 вольтної бортової мережі.

Електродвигун-генератор (електромашина)

Термін електродвигун-генератор, або електромашина, використовується замість термінів генератор, електродвигун та стартер. В принципі, будь-який електродвигун можна застосовувати і як генератор. Якщо вал електродвигуна наводиться від зовнішнього приводу, то електродвигун, подібно до генератора, виробляє електричну енергію. Якщо до електромашини підводиться електрична енергія, вона працює як електродвигун. Таким чином, електродвигунгенератор автомобілів з електричним гібридним приводом замінює звичайний стартер двигуна внутрішнього згоряння, а також звичайний генератор (освітлювальний генератор).

Електричний прискорювач (E-boost)

За аналогією з функцією Kickdown двигунів внутрішнього згоряння, що робить доступною максимальну потужністьдвигуна, гібридний привід має функцію електричного прискорювача E-Boost. При використанні функції електродвигун-генератор і двигун внутрішнього згоряння видають свої максимальні індивідуальні потужності, які складаються більш високе значення сумарної потужності. Сума індивідуальних потужностей обох видів двигунів відповідає сумарній потужності трансмісії.

Внаслідок втрат потужності в електродвигуні-генераторі, його потужність у режимі генератора нижча, ніж у режимі тягового електродвигуна. Потужність електродвигуна-генератора у режимі двигуна становить 34 кВт. Потужність електродвигуна-генератора як генератора дорівнює 31 кВт. У Touareg із гібридним приводом двигун внутрішнього згоряння має потужність 245 кВт, а електродвигун-генератор потужність 31 кВт. У режимі тягового електродвигуна електродвигун-генератор видає потужність 34 кВт. Водночас двигун внутрішнього згоряння та електродвигун-генератор у режимі тягового електродвигуна розвивають сумарну потужність 279 кВт.

Функція Старт-Стоп

Технологія гібридного приводу дозволяє реалізувати в цій конструкції автомобіля функцію Стартстоп. У випадку звичайного автомобіля із системою Стартстоп, для відключення двигуна внутрішнього згоряння автомобіль повинен зупинитися (наприклад: Passat BlueMotion). Однак автомобіль з повним гібридним приводом може рухатися і електричною тягою. Ця особливість дозволяє системі Стартстоп відключати двигун внутрішнього згоряння на автомобілі, що рухається, або котиться. Двигун внутрішнього згоряння вмикається залежно від потреби. Це може відбуватися у випадку швидкого розгону, при русі на високій швидкості, з високим навантаженням, або при високого ступенярозрядження високовольтної батареї. При високому ступені розрядженості високовольтної батареї система гібридного приводу може використовувати двигун внутрішнього згоряння у поєднанні з електродвигуном-генератором, що працює в режимі генератора, для заряджання високовольтної батареї. В інших випадках автомобіль з повним гібридним приводом може рухатися електричною тягою. Двигун внутрішнього згоряння знаходиться в режимі зупинки. Це дійсно і у разі повільного руху транспортоного потоку, зупинки на світлофорі, при русі в режимі примусового холостого ходу під ухил, або при русі автомобіля накатом. Коли двигун внутрішнього згоряння не працює, він не витрачає паливо та не викидає в атмосферу шкідливі речовини. Інтегрована в систему гібридного приводу функція Старт-стоп підвищує ККД та екологічність автомобіля. У той час, коли двигун внутрішнього згоряння знаходиться в режимі зупинки, кліматичне встановлення може продовжувати роботу. Компресор кліматичної установкиє елементом високовольтної системи.

Аргументи на користь гібридної техніки

Чому ми комбінуємо електродвигун-генератор із двигуном внутрішнього згоряння? Для відбору моменту, що крутить, частота обертання двигуна внутрішнього згоряння повинна бути не нижче частоти обертання холостого ходу. При зупинці двигун не може віддавати момент, що крутить. При збільшенні частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння його момент, що крутить, збільшується. Електромоторгенератор з першими оборотами видає максимальний момент, що крутить. Він немає частоти обертання холостого ходу. При збільшенні частоти обертання його крутний момент зменшується. Завдяки роботі електродвигуна-генератора у двигуна внутрішнього згоряння виключено найскладніший режим роботи: у діапазоні нижче оборотів холостого ходу. Завдяки підтримці електродвигунагенератора двигун внутрішнього згоряння може експлуатуватися в більш ефективних режимах. Це усунення точки навантаження підвищує ККД силового агрегату.

Чому застосовується повний гібридний силовий агрегат (привід)?

Повний гібридний агрегат, на відміну від інших варіантів гібридного приводу, поєднує функцію вбудованої системи Стартстоп, систему E-Boost, функцію рекуперації та можливість руху тільки на електродвигуні (режим електричної тяги).

Електродвигун-генератор

Електродвигун-генератор розміщений між двигуном внутрішнього згоряння та АКП. Він є синхронний двигунтрифазного струму. За допомогою силового електронного модуля постійна напруга 288 перетворюється на трифазну змінну напругу. Три фази напруга створюють в електродвигунігенераторі трифазне електромагнітне поле.

Високовольтна батарея

Доступ до високовольтної батареї забезпечується через покриття для підлоги. багажного відсіку. Вона виконана у вигляді модуля та включає різні компоненти високовольтної системи Touareg. Модуль високовольтної батареї має масу 85 кг і може замінюватись лише у зборі.

Високовольтну батарею не можна порівнювати зі звичайною акумуляторною батареєю з напругою 12 В. У нормальному режимі експлуатації високовольтна батарея працює у вільному діапазоні рівня зарядки від 20% до 85%. Переносити такі навантаження протягом тривалого часу звичайна 12-вольтна АКБ нездатна. Тому високовольтну батарею слід розглядати як оперативний пристрій для накопичення енергії для електричного приводу. Подібно до конденсатора вона може накопичувати і знову віддавати електричну енергію. В принципі, рекуперацію, регенерацію енергії можна розглядати як можливість заправки автомобіля енергією під час руху. Застосування високовольтної батареї в автомобілі з гібридним приводом відрізняється чергуванням циклів зарядки (рекуперація) та розрядки (рух на електричному приводі) Високовольтної батареї.

Приклад: Якщо порівняти енергію високовольтної батареї з енергією, що утворюється при спалюванні палива, кількість енергії, яку може виробити батарея, буде відповідати приблизно 200 мл палива. Цей приклад демонструє, що на шляху створення електромобілів, акумуляторні батареї, з точки зору здатності накопичувати енергію, повинні бути суттєво модернізовані.

Установкою гібридних силових установокавтовиробники досягають кількох цілей. По-перше, це зниження викидів вуглекислого газу (СО₂), що є джерелом парникового ефектупланети і веде до глобального потепління. По-друге, зменшення витрат на пальне, що несуть на собі автовласники. І по-третє, підвищення динаміки розгону автомобіля завдяки двом джерелам моменту, що крутить.

Дві перші переваги досягаються за рахунок можливості переміщення на електротязі (особливо в режимах, коли ККД у ДВС низький), режиму рекуперації енергії гальмування (гальмування електродвигуном, який працює в режимі генератора, виробляючи електроенергію для підзарядки АКБ), розгону за допомогою ДВЗ та електродвигуна, вимикання ДВЗ при коротких зупинках (системи start-stop).

Конструктивно все це відбувається по-різному, тому ефект, що отримується, теж відрізняється.

Класифікація гібридів

Загальноприйнята класифікація гібридів має на увазі три їх типи: послідовний, паралельний та послідовно-паралельний.

– конструкція, в якій двигун внутрішнього згоряння (бензиновий чи дизельний) приводить у дію лише генератор. ДВЗ у цій схемі працює в режимі максимальної економії палива. Електроенергія, що виробляється генератором, надходить або на тяговий електродвигун або в акумуляторну батарею. Електродвигун у цій схемі через трансмісію передає на колеса необхідний момент, що крутить, а в режимі гальмування працює як генератор, заряджаючи АКБ (режим рекуперації енергії гальмування). Такі гібриди маркуються абревіатурою REEV (range-extended electric vehicle) або EREV (extended-range electric vehicle).

Подібна конструкція має свої переваги та недоліки. Плюси цієї схеми – постійна робота ДВСу найекономічнішому режимі, простота управління та відсутність складної трансмісії. З мінусів слід відзначити малий ККД механізму передачі енергії від ДВЗ до провідних колес автомобіля. Така конструкція використовується в моделі BMW i3 REx, спорткупе Cadillac ELR та Chevrolet Volt 2015 модельного року, а також в автобусах з гібридними силовими установками, наприклад Toyota Coaster Hybrid.

Паралельна конструкція озброєна ДВЗ та тяговим електромотором, які пов'язані з провідними колесами автомобіля. Електромотор живиться від акумуляторної батареї. Оскільки крутний момент від первинного валуможе бути безпосередньо переданий на колеса авто, коефіцієнт корисної діїтакого гібрида вище. У цій схемі використовується один або два електромотори (генератор + тяговий мотор). У першому випадку електродвигун може працювати і в режимі генератора, і в режимі тягового двигуна. Але в такій схемі досить складна конструкція трансмісії, тому що момент, що крутить, потрібно передавати на колеса і від ДВС, і від електромотора. Крім цього, ДВС не може постійно працювати в економ-режимі. Таку конструкцію силових агрегатів мають моделі Honda- Civic Hybrid, Insight та CR-Z.

Послідовно-паралельна конструкція гібридної силової установки поєднує в собі обидві вищезгадані схеми. Завдяки такій комбінованої схемивдалося отримати переваги обох систем. В даному випадку є і ДВЗ, і електромотор, і в залежності від умов руху машина може їхати або тільки на електротязі (до 1,5-2,0 км), або тільки на тязі від ДВЗ, або рушійну енергію колеса можуть отримувати ДВС, та від електромотора. У компанії Toyotaу силовий установці Toyota Hybrid System використаний планетарний дільник силового потоку (крутного моменту), який надходить від двигуна внутрішнього згоряння і може змінюватися гнучко, передаючи частину енергії на генератор, а частина – на колеса автомобіля. Електроенергія, що виробляється при цьому, може відразу йти як для живлення силового електродвигуна, так і для підзарядки акумуляторних батарей. Ця конструкція впроваджена в ряді моделей Toyota, серед яких Prius, Yaris Hybrid, Auris Hybrid, Camry Hybrid, Avalon Hybrid, а також моделях Lexus- CT 200h, IS 300h, GS 300h, GS 450h.

Комбінований гібрид застосовується і в повнопривідні моделі. Але в них колеса передньої осі приводяться в дію вищеописаною комбінованою системою як у передньопривідних моделей, а для приводу коліс задньої осі використовується окремий електродвигун. Така конструкція значно простіше, без складної трансмісії з карданними передачамита редукторами. Її застосовують у повнопривідних позашляховиках, наприклад, в Toyota Highlander Hybrid та RAV4 Hybrid.

Гібриди, що заряджаються.

Раніше вважалося, що гібриди можуть заряджати себе тільки самі, коли електромотор працює в режимі генератора (при рекуперації енергії гальмування, при русі в режимі гальмування двигуном і т.д.). Але Toyota серед перших пішла далі і зробила модель Prius підзаряджуваною. Ці гібриди отримали назву plug-in hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Вони мають на борту АКБ підвищеної ємності (у Toyota літій-іонні замість нікель-металгідридних), які можна заряджати від побутової електромережі. Тому plug-in hybrid може пересуватися тільки на електротязі на великі відстані не 1,5-2,0 км. а від 20 до 80 км та більше.

Дорогі співвітчизники, сьогодні поговоримо, що таке гібридний двигун на автомобілі, як він працює, з чого складається, про плюси та мінуси нових розробок.

У більшості як силова установка використовується двигун внутрішнього згоряння, але враховуючи виснаження запасів нафти, і зростаючі вимоги до екологічності двигунів, автокорпорації зайнялися розробкою нових технологій, які дозволили б відмовитися від вуглеводнів як від основного палива або хоча б знизити їх споживання.

Замість двигуна внутрішнього згоряння встановлювати електромотори поки не ефективно, тому що енергоємність акумуляторів пов'язана з великою вагою і відповідно до їх високої вартості.

Однак вже майже всі найбільші світові автовиробники почали випускати свої моделі гібридних автомобілів. Вони поєднують двигун внутрішнього згоряння та електричну енергоустановку.

Визнаний лідер у розробці та випуску гібридних автомобілів залишається Toyota. Цей концерн випустив у серію перший гібрид ще 1997 року і продовжує випускати ще кілька моделей надійних автомобілів.

Гібрид - перекладається російською як схрещування. Поєднання цих двох різних технологій успішно виконують основне завдання - рухи автомобіля.

Функція гібридного двигуна полягає в тому, що двигун внутрішнього згоряння приводить в рух, який віддає енергію на енергоустановку: акумуляторна батарея-електродвигун. А енергоустановка у свою чергу через трансмісію передає крутний момент на колеса.

Таким чином досягається оптимальний режим руху та створюється додаткове зусилля. Крім того, згладжуються пікові навантаження і коливання, внаслідок чого зростає продуктивність і ККД.

Гібридний двигун. Пристрій

Існує кілька варіантів гібридного двигуна:

• Паралельний. Бензиновий двигунживиться від паливного бака, а електродвигун від акумуляторної батареї. У результаті два двигуни обертають трансмісію, яка потім передає момент, що крутить, на колеса.
• Мікрогібридний. Цей варіант розробили спеціалісти компанії "Тойота". Їхній гібридний автомобіль стартує та рухається на малих швидкостях тільки за допомогою електричної тяги. А ось на підвищеній швидкості починає працювати двигун внутрішнього згоряння. При цьому на складних ділянкахдороги - підйоми, пісок, бруд, інші навантаження, електродвигун підживлюється ще й від акумуляторної батареї для паралельної роботи та посилення тяги. Усі ці режими контролює електроніка.
  
• Середньогібридний. У такого авто своїх особливостей – на електричному двигуні їзда не передбачено. Але електротяга помітно збільшує ефективність завдяки отриманню більш високої напругищо дає акумуляторна батарея, а це відповідно підвищує потужність силової установки в цілому.
  
• Повногібридний. Тут електрика першому місці ‒ за рахунок забезпечується рух. Батарея заряджається завдяки рекуперації. А роздільне зчеплення між двома двигунами забезпечує можливість роз'єднання цих систем. В результаті бензиновий двигун підключається лише у разі нагальної потреби.
  
• Роздільний. Містить пару двигун-генератор та бензиновий мотор. За допомогою планетарної передачікрутний момент надходить на коробку передач. Якась частина енергії використовується для забезпечення руху машини, а інша прямує у високовольтну батарею.
  
• Послідовний. Тут схема наступна: бензиновий двигун обертає генератор, який заряджає акумуляторну батарею, а з неї енергія надходить до електродвигуна, а той уже обертає трансмісію і, власне, колеса.

Плюси та мінуси гібридного двигуна автомобіля

Звісно, ​​плюси переважують, але є й мінуси, як у всіх новинках. Наприклад, найчастіше зустрічається бензиновий гібридний двигун, хоча не піддається сумніву.

Але так вже склалося – технологію розробляли в Америці, а там солярка не в пошані. Та й гібридний дизельний агрегаткоштував би дорожче, а враховуючи, що ціна і так далеко вища за середню, то питання можна вважати закритим.

Найбільше автолюбителів бентежить гібридний двигун через акумуляторну батарею. Це дуже примхливий компонент, тому що вимагає постійної експлуатації, інакше термін її служби значно знизиться.

Також акумулятори бояться перепадів температур, саморозряджаються. Плюс до всього висока вартість запчастин та ремонту. Причому самому його навряд чи вийде.

Але давайте про приємне. Одна з головних переваг гібридного двигуна низька витратапалива та мінімальні викиди шкідливих речовинв атмосферу, а все це завдяки:

• узгодженої роботи та електродвигуна;
• застосування батареї великої ємності;
• використання енергії гальмування (рекуперативне гальмування), яке перетворює кінетичну енергію руху на електрику.

Крім того, гібридний двигун зібрав у собі масу інших інновацій, які дозволять заощадити паливо і зберегти атмосферу. Серед них:

• зміна фаз газорозподілу;
• стоп-старт;
• рециркуляція відпрацьованих газів;
• підігрів тосолу відпрацьованими газами;
• електропривод водяного насоса, клімат-контролю та ;
• шини з покращеним коченням.

Помітний ефект спостерігається під час використання гібридного автомобіля у міському циклі, коли відбуваються часті зупинки, двигун працює на холостому ходу.

А ось на трасі, при русі з високою швидкістю, гібридний двигун вже не такий ефективний.
З іншого боку, та ж батарея дає можливість більш тривалий час їздити без заправки. До того ж батарею можна не заряджати, а заправляти авто лише паливом.

Двигун, завдяки комп'ютерному управлінню, завжди працює в оптимальному режимі, хоч би як ви намагалися його перевантажити.

Часто такі гібридні автомобілі можуть пересуватися без палива. А ще вони відрізняються тим, що двигун працює ледве чутно.

Сподіваюся, що стаття допоможе вам знайти правильне рішення, якщо постане питання вибору автомобіля з гібридною силовою установкою.

До нових зустрічей.